CN102777876A - 船用柴油发电机组废气余热产汽系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用柴油发电机组废气余热产汽系统，包括热井、锅炉给水泵、汽包、废气锅炉、蒸发器和预热器，所述蒸发器和预热器安装在废气锅炉中，热井依次连接锅炉给水泵、预热器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸发器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油辅锅炉；所述废气锅炉中通入船用柴油发电机组产生的废气。本发明能有效回收船用发电柴油机的废气余热，节约燃油成本，提升船舶环境友好性。

Description

船用柴油发电机组废气余热产汽系统

技术领域

本发明涉及一种船用柴油发电机组废气余热回收系统，具体涉及一种船用柴油发电机组废气余热产汽系统。

背景技术

船舶是各国经济贸易的主要运输工具，为了能够长期可靠地执行运输任务，船舶离不开电力供应。柴油发电机组由于具有热效率高、工作可靠、寿命长等一系列优点(杨贵恒，贺明智，袁春等.柴油发电机组技术手册.北京：化学工业出版社，2009)，成为船舶电站的首选。船舶在正常航行、装卸货、进出港、停泊期间的用电需求不同，则柴油发电机组的负荷也不尽相同，但总有柴油发电机组要始终处于开启状态，以保证船舶正常的用电需求。用于船舶发电的柴油机通常为中速或高速柴油机，排温较高，其排气余热属于中温余热，具有较高的品位。但是目前，发电柴油机的排气大都直接经烟囱排向大气，几乎没有得到有效的利用。

目前船舶排气余热回收利用主要是针对船舶柴油主机来开展的，主要有两种方式：一是将排气余热转换成蒸汽热能；一是将排气余热转换成蒸汽热能和用于发电。充分而合理利用排气余热，要综合考虑如下因素：排气余热的质量高低、排气余热的数量大小、排气余热供应的稳定程度、排气余热设备成本、投资回收期等因素。

一般的中、小型船舶，由于主机的排气余热能量不大，只考虑作为加热用途的排气余热利用方式，即通过废气锅炉产生一定压力的饱和水蒸汽满足乘员生活所需的热水供应、寒冷季节的舱室取暖以及油类的加热保温等。

在较大功率和万吨级以上的大型柴油机商船上，随着发动机功率的增加，排气余热焓值也随着增加，利用废气锅炉代替燃油辅锅炉产生生活杂用及燃油加热等的蒸汽将不能充分地利用主机的排气余热，致使排烟温度不能降到合理的温度。此时排气余热回收的蒸汽热能，其最佳转换方式是驱动汽轮发电机产生电能。因此，在较大功率和万吨级以上的大型柴油机商船上，凭借在船舶正常航行阶段主机负荷功率较高(>75%额定功率)、排气能量具有相当品位(特别是中速柴油机)、排气流量充裕而稳定的有利条件，对废气锅炉开始重新构思设计，包括采取降低排出气温，提高蒸发量和加装过热器、经济器等措施，所产生蒸汽除供加热和生活杂用之外，有能力通过汽轮发电机组于航行中取代柴油发电机组发电，满足全船电力负荷，形成了基于朗肯循环的废气余热发电系统。它由预热器、蒸发器、过热器、蒸汽轮机、发电机、冷凝器、锅炉给水泵等组成(陆金铭.船舶动力装置设计.北京：国防工业出版社，2006)。

然而，这种针对柴油主机的废气余热回收系统只有当船舶正常航行时才有意义，废气锅炉的产汽量在船舶正常航行时基本能够满足船舶用汽需求，燃油辅锅炉一般不需开启。但在船舶停泊期间，主机处于停机状态，此时只能由燃油辅锅炉供给全部所需的蒸汽，而即使在船舶停泊期间，依旧有柴油发电机组处于开启状态，以保证船舶正常的用电需求。在船舶停泊期间，柴油发电机组的废气没有得到利用，直接排向大气会对港口及周边地区造成热污染，加剧城市的“热岛效应”。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种船用柴油发电机组废气余热产汽系统，回收利用船用柴油发电机组的排气余热。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种船用柴油发电机组废气余热产汽系统，包括热井、锅炉给水泵、汽包、废气锅炉、蒸发器和预热器，所述蒸发器和预热器安装在废气锅炉中，热井依次连接锅炉给水泵、预热器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸发器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油辅锅炉；所述废气锅炉中通入船用柴油发电机组产生的废气。

进一步地，还包括锅炉强制循环水泵，所述汽包第一出口连接锅炉强制循环水泵入口，锅炉强制循环水泵出口分别连接蒸发器和预热器。

进一步地，所述蒸发器和预热器均采用带翅片的锅炉专用钢管。

进一步地，所述废气锅炉为水管锅炉。

进一步地，所述废气锅炉安装在柴油发电机组的烟囱内。

进一步地，所述锅炉强制循环水泵为离心式热水泵。

进一步地，所述热井与大气连通。

进一步地，所述锅炉给水泵出口锅炉给水的压力为废气锅炉对应的工作压力。

进一步地，所述汽包内饱和水、饱和水蒸汽的压力均为废气锅炉对应的工作压力，饱和水、饱和水蒸汽的温度均为废气锅炉对应工作压力下的饱和温度。

进一步地，所述汽包产生的饱和水蒸汽通入燃油辅锅炉，由燃油辅锅炉统一通入各个用汽设备。

进一步地，所述蒸发器入口饱和水的压力及出口饱和水蒸气的压力均为废气锅炉对应的工作压力，入口饱和水的温度及出口饱和水蒸气的温度均为废气锅炉对应工作压力下的饱和温度。

进一步地，所述预热器入口不饱和水的压力及出口水的压力均为废气锅炉对应的工作压力。

进一步地，所述预热器一般设计成锅炉给水在预热之后处于蒸发压力下的欠焓或饱和液体状态。

有益效果：与未安装柴油发电机组废气余热产汽系统的船舶相比，本发明具有如下的优点：

1)对于新造船舶或者改造船舶安装此系统后，能够显著减少船舶停泊期间燃油辅锅炉的燃油消耗，由此可节省燃油成本。

2)此系统利用柴油发电机组的排气余热产汽，除去锅炉给水泵、锅炉强制循环水泵消耗少量电能外，产生的饱和水蒸汽不需任何代价。

3)燃油价格一定时，系统投资回收期与船舶柴油发电机组总容量大小成反比，即船舶柴油发电机组总容量越大，系统投资回收期越短。例如，燃油价格为550$/t时，一艘2600标箱集装箱船的柴油发电机组负荷为1400kW，系统投资回收期为0.54年；一艘油轮的柴油发电机组负荷为990kW，系统投资回收期为1.28年。

4)节省燃油辅锅炉的维修、运行管理费用。

5)安装柴油发电机组废气余热产汽系统后，发电柴油机的废气温度明显降低，未安装柴油发电机组废气余热产汽系统时发电柴油机的废气温度在350℃以上；安装柴油发电机组废气余热产汽系统后，发电柴油机的废气温度可低至200℃以下，在船舶停泊期间，降低废气温度就意味着能降低船舶对港口及周边地区的热污染，减小城市的“热岛效应”。

附图说明

图1为船用柴油发电机组废气余热产汽系统结构示意图。

图中：1-热井；2-锅炉给水泵；3-汽包；4-锅炉强制循环水泵；5-废气锅炉；6-蒸发器；7-预热器；8-涡轮增压器；9-排气总管；10-船用柴油发电机组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

由于船舶废气锅炉及燃油辅锅炉目前采用的工作压力通常为0.7MPa，本实施例取废气锅炉的工作压力为0.7MPa来阐述系统的工作特性。

如图1所示，船用柴油发电机组10产生的废气首先进入排气总管9，然后废气由排气总管9进入涡轮增压器8当中的废气涡轮(未图示)，废气在废气涡轮中膨胀做功后进入本发明船用柴油发电机组废气余热产汽系统中的废气锅炉5，此时废气的温度约为350℃。本发明提供的机构包括：热井1、锅炉给水泵2、汽包3、锅炉强制循环水泵4、废气锅炉5、蒸发器6和预热器7。锅炉给水泵2加压热井1中的低温给水，将热井1中的低温给水输送至预热器7中进行加热后进入汽包3，此时流出汽包3的水是高温锅炉饱和水，再通过锅炉强制循环水泵4后分为两路，一路高温锅炉饱和水与来自锅炉给水泵2的低温给水混合，使混合后的不饱和锅炉给水在进入预热器7时的水温不低于硫酸露点，另一路高温锅炉饱和水被泵入蒸发器6，产生饱和水蒸汽，进入汽包3，汽包3分离其中的汽水混合物，产生的饱和水蒸汽通入燃油辅锅炉，由燃油辅锅炉统一通入各个用汽设备。

锅炉给水泵2出口的压力为废气锅炉5对应的工作压力。

预热器7入口不饱和水的温度在130℃和165℃之间。预热器7出口水温在155℃至165℃之间。

废气锅炉5内安装的蒸发器6及预热器7均采用带翅片的锅炉钢管以增大换热系数。废气锅炉5为水管锅炉，柴油发电机组排出的废气由下而上依次流经蒸发器6及预热器7的外部，锅炉给水在蒸发器6及预热器7的内部流动。废气锅炉5安装在柴油发电机组的烟囱内。

锅炉强制循环水泵4采用离心式热水泵。

锅炉强制循环水泵4出口至蒸发器6入口之间的主管路上设置一条旁通管路，在旁通管路上装有阀门(未图示)，阀门接执行器(未图示)，锅炉运行时，执行器依据反馈的预热器7入口的水温，控制阀门的开启角度，也就是控制与来自锅炉给水泵2的低温给水混合的高温锅炉饱和水的旁通量，从而使混合后的锅炉给水水温在进入预热器7时不低于硫酸露点，防止锅炉被低温硫酸腐蚀。

热井1与大气相通，热井1内热水压力为0.1MPa，热井内水温通常低于80℃。

饱和水蒸汽和饱和水是指液态水与水蒸汽处于动态平衡的状态，处于饱和状态的水蒸汽称为饱和水蒸汽，处于饱和状态的液态水称为饱和水，此时，饱和水蒸汽和饱和水的温度相同，称为饱和温度，饱和水蒸汽和饱和水的压力相同，称为饱和压力。低于饱和温度的水称为不饱和水。

Claims (7)

1.一种船用柴油发电机组废气余热产汽系统，包括热井、锅炉给水泵、汽包、废气锅炉、蒸发器和预热器，所述蒸发器和预热器安装在废气锅炉中，热井依次连接锅炉给水泵、预热器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸发器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油辅锅炉；所述废气锅炉中通入船用柴油发电机组产生的废气。

2.根据权利要求1所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：还包括锅炉强制循环水泵，所述汽包第一出口连接锅炉强制循环水泵入口，锅炉强制循环水泵出口分别连接蒸发器和预热器。

3.根据权利要求1或2所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：所述蒸发器和预热器均采用带翅片的锅炉专用钢管。

4.根据权利要求1或2所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：所述废气锅炉为水管锅炉。

5.根据权利要求1或2所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：所述废气锅炉安装在柴油发电机组的烟囱内。

6.根据权利要求2所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：所述锅炉强制循环水泵为离心式热水泵。

7.根据权利要求1或2所述船用柴油发电机组废气余热产汽系统，其特征在于：所述热井与大气连通。

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